Proyecto Conducción en Alta de Agua Tratada para el Abastecimiento de Hinojos (Huelva) ANEJO IV CÁLCULOS HIDRÁULICOS ANEJO IV CÁLCULOS HIDRÁULICOS

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1 ANEJO IV CÁLCULOS HIDRÁULICOS 1

2 INDICE 1. INTRODUCCIÓN PARÁMETROS DE DISEÑO METODOLOGÍA DE TRABAJO GOLPE DE ARIETE CÁLCULO Cálculo en tiempos de parada de bombas Cálculo en tiempos de parada o maniobras de cierra rápidos BOMBAS CALCULO DIMENSIONAMIENTO DEL VASO DEL BOMBEO VENTOSAS CALCULO Admisión de Aire Salida de aire Descarga de aire DESAGÜE CALCULO VALVULAS DE SECCIONAMIENTO MARIPOSA COMPUERTA VÁLVULAS ANTIRRETORNO TABLA PRESIONES DISPONIBLE

3 1. INTRODUCCIÓN En este Anejo definiremos el diámetro de la conducción objeto de este proyecto, así como determinar las máximas y mínimas presiones a las que va a estar sometida la conducción, y poder realizar el dimensionamiento de los elementos y establecer los dispositivos que eviten presiones negativas. Comprobaremos que los caudales circulantes por la conducción son los exigidos para la vida útil de la conducción y las presiones, velocidades y pérdidas de carga, quedan dentro de los límites aceptables. Los cálculos del presente Anejo, se han utilizado con el programa de cálculo EPANET 2.0 que simula el comportamiento hidráulico de una red (tuberías, embalses, depósitos, bombas, válvulas ), efectuando un seguimiento de la evolución de los caudales en las tuberías, presiones en los nudos, niveles en los depósitos, a lo largo del tiempo PARÁMETROS DE DISEÑO Los principales condicionantes son la velocidad, las pérdidas de carga admisibles y las presiones de funcionamiento: Velocidad: La velocidad mínima de diseño de las conducciones se establece en 0,40 m/s, velocidades inferiores pueden producir depósitos de arenas y otros sólidos, con los consiguientes problemas de mantenimiento y de calidad del agua. La velocidad máxima admisible se establece en 3 m/s, de modo que no se produzca un deterioro del revestimiento a causa del excesivo rozamiento. Pérdidas de carga: La pérdida de carga que tiene lugar en una conducción representa la pérdida de energía de un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento. Se calculan a través de la formulación de Darcy-Weibash y su rango de valores aceptables se encuentra entre 2 5 m.c.a./km. Presión: Al estar calculando la red en alta, no tenemos ninguna exigencia de presiones puesto que vamos de depósito de Rociana a depósito Polígono Industrial, aunque según recomendaciones, lo deseable es llegar al depósito con dos metros de presión. A parte de los parámetros anteriores, destacar que se cumplen en todo momento las ecuaciones de Continuidad y Bernouilli. A continuación describiremos el esquema genérico de cálculos hidráulicos seguido METODOLOGÍA DE TRABAJO 1º. Se realiza un predimensionado: RÉGIMEN PERMANENTE A partir de un caudal y una longitud (conocidos) y de un diámetro que suponemos, calculamos de forma concatenada los distintos parámetros que nos permiten llegara a determinar una altura de bombeo: - Cálculo de ε r εr = ε / D - Cálculo de la velocidad v = 4 * Q / π * D 2 - Cálculo de Re Re = D * v * ρ / μ - Cálculo de f f = / [ln (ε / 3,71 D) + (5,74 / Re 0.9 )] 2 - Cálculo de las pérdidas lineales h = f *(L / D) * (v 2 / 2g) - Cálculo de las pérdidas localizadas hf = k * (v 2 / 2g) K es función del accesorio, a continuación mostraremos una tabla con los más usuales: Accesorio k Válvula esférica (totalmente abierta) 10 Válvula en ángulo recto (totalmente abierta) 5 Válvula de seguridad (totalmente abierta) 2.5 Válvula de retención (totalmente abierta) 2 Válvula de compuerta (totalmente abierta) 0.2 Válvula de compuerta (abierta ¾) 1.15 Válvula de compuerta (abierta ½) 5.6 Válvula de compuerta (abierta ¼) 24 T por la salida lateral 1.8 Codo a 90º de radio corto (con bridas) 0.90 Codo a 90º de radio normal (con bridas) 0.75 Codo a 90º de radio grande(con bridas) 0.60 Codo a 45º de radio corto (con bridas) 0.45 Codo a 45º de radio normal (con bridas) 0.40 Codo a 45º de radio grande (con bridas) 0.35 Tabla 11- Valor K para el cálculo de Perdidas de Carga Locales En nuestro caso, viendo el número de accesorios que tenemos establecemos una K cada 100 m. de Cálculo de la altura de bombeo hb=hg + h + hf = 89 m. - Caudal demandado Dato obtenido del Anejo de Estudio de Caudales. - Caudal bombeado 88 m3/h 3

4 % Proyecto Conducción en Alta de Agua Tratada para el Abastecimiento de Hinojos (Huelva) ANEJO IV CÁLCULOS HIDRÁULICOS -Diámetro de la conducción 200 mm. - Curva de demanda Obtenida a partir de la remota instalada en Hinojos. Curva de modulación de la demanda que simula las exigencias del municipio a lo largo del día: Curva de modulación de la Demanda k (%) Hora Longitud Diámetro Caudal Material CONDUCCIONES (m.) (mm.) (l/s) Conducción ETAP La Palma - Depósito Bollullos Fundición Dúctil Depósito Bollullos - Depósito Regulación Fibrocemento Depósito Regulación - Depósito Rociana Fundición Dúctil Depósito Regulación - Punto de Conexión Fundición Dúctil Punto de Conexión - Depósitos de Almonte Fundición Dúctil Punto de Conexión Bombeo a Hinojos Fundición Dúctil Bombeo a Hinojos - Depósito P. I. Hinojos Fundición Dúctil ELEMENTOS QUE CONFORMAN EL SISTEMA Tabla 13- Características de las Conducciones de la Zona 2º. Definiremos los elementos del sistema: Figura 15- Gráfico Curva de Modulación de la Demanda Tramo 1 Tramo 2 Tramo 3.1 Tramo 3.2 Tramo Tramo ETAP La Palma del Condado a Depósito Bollullos Par del Condado Depósito Bollullos Par del Condado a Depósito de Regulación de Rociana Depósito de Regulación de Rociana a Depósito de Rociana Depósito de Regulación de Rociana a Punto de Conexión Punto de Conexión a Depósitos de Almonte Punto de Conexión a Depósito Polígono Industrial de Hinojos Cota Volumen Hmax Capacidad de Regulación DEPÓSITOS (m.) (m3) (m.) (Días) Depósito ETAP La Palma del Condado Depósito Bollullos Par del Condado Depósito Regulación de Rociana Depósito Rociana Depósitos de Almonte Depósito Polígono Industrial Hinojos Depósito Cañuelo Depósito Deportivo Figura 16- Esquema EPANET desde la ETAP hasta Municipios Tabla 12- Características de los Depósitos de la Zona 4

5 3º. Introducimos los datos en EPANET: RÉGIMEN TRANSITORIO -Definimos un Patrón de Demanda, proporcional al definido anteriormente: -Definimos las curvas de las bombas; a partir de un caudal y una altura de funcionamiento según la tabla anterior. - Modelamos la ETAP como un embalse porque se trata de un depósito de gran capacidad y la planta funciona en continuo las 24 horas del día. - Los depósitos restantes se modela a partir de una altura de volumen inicial, una altura de volumen máximo y otra de mínimo. La altura de volumen máxima es la que se ha puesto en la tabla anterior. Conocida la capacidad y la altura máxima obtenemos el diámetro del depósito que en nuestro caso son los siguientes: Figura 17- Patrón de Demanda -Definimos un Patrón de Horario de bombeo, evitando las horas punta del día (en horario de verano) al ser en las horas de máximos consumos estamos del lado de la seguridad: DEPÓSITOS Volumen (m3) Hmax (m.) Diámetro (m.) Depósito ETAP La Palma del Condado Depósito Bollullos Par del Condado Depósito Regulación de Rociana Depósito Rociana Depósitos de Almonte Depósito Polígono Industrial Hinojos Depósito Cañuelo Depósito Deportivo Tabla 13- Características de los Depósitos de la Zona para EPANET Para la altura de volumen mínimo se ha considerado un volumen de resguardo igual al de avería durante dos horas, es decir igual a 1.5 veces el caudal medio durante dos horas, más el de incendio, 1000 l/min. Una vez introducidos todos los datos en EPANET comprobamos que la instalación proyectada es correcta. 2. GOLPE DE ARIETE Se entiende por golpe de ariete las variaciones de presión que se generan dentro de una tubería debido a los fenómenos transitorios derivados de cambios de régimen de circulación, tales como cierre o apertura de válvulas, paradas o arranque de bombas, etc. Como cualquier efecto oscilatorio el fenómeno del golpe de ariete presenta una frecuencia en la que se repite una situación, en este caso la sobrepresión o depresión de la onda que se desplaza de un extremo al otro de la instalación. Figura 18- Patrón Horario de Bombeo La frecuencia no es más que el inverso del periodo, que es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la onda, es decir entre dos máximos o dos mínimos con lo cual el periodo (y la 5

6 frecuencia) dependerán de lo larga que sea la conducción de la instalación y de su celeridad, que es la velocidad de propagación de la onda de presión a través del agua del interior de la tubería. De este modo, hay que calcular la siguiente relación: ( 2 x L ) / a L será la longitud total (en m) de la conducción, mientras que el parámetro a representa la celeridad de la conducción (en m/s), la cual depende de las características físicas de la misma: material y dimensiones. La celeridad se calcula con la siguiente expresión: A = [ (9.900) / ( ( K x (D/e))], en la que D es el diámetro de la conducción (en mm), e es el espesor (en mm) y K un coeficiente representativo de la elasticidad del material de la conducción, y que es función del módulo de elasticidad del mismo (en kg/m2) a través de la expresión: K= / ε, en la que ε es el módulo de elasticidad del material de la conducción, en nuestro caso 17x10 9 La siguiente característica de la instalación a determinar es el tiempo que dura la variación de velocidad, es decir, el que transcurre desde el corte de energía y la anulación del caudal o el tiempo de parada del agua. A partir de estudios teóricos y experimentales, el doctor Enrique Mendiluce propuso una expresión que es la que se usa comúnmente para establecer ese tiempo de parada del agua, principalmente para impulsiones, y que es la siguiente: T = C + [ ( K x L x v) / ( g x H m ) ], en la que L es la longitud de la conducción de la instalación (en m), V es la velocidad de circulación del agua en la instalación (en m/s), g es la gravedad, Hm es la altura manométrica de la instalación, y C y K son coeficientes de ajuste determinados experimentalmente, en nuestro caso K = 1 y C = 1. En relación con la velocidad de propagación de la onda y el tiempo de parada del agua, puede determinarse una tercera característica de la instalación: su longitud crítica, la cual es sencilla de obtener a través de la expresión: Lc = ( a x T ) / 2, donde T es el tiempo de parada (en s) y a la celeridad (en m/s. El golpe de ariete lo hemos tenido en cuenta en el Anejo de Cálculo Mecánico de la conducción. Es conveniente, en los casos en los que el valor del golpe de ariete sea elevado, disponer elementos que amortigüen el fenómeno, tales como chimeneas de equilibrio, calderines, válvulas de sobrepresión, ventosas, etc., los cuales, en todo caso, deben ser robustos, de buena calidad y con garantía de funcionamiento en las condiciones de explotación a lo que van a estar sometidos. 2.1 CÁLCULO A partir de los resultados del Anejo IX y los datos de la instalación obtenemos: - Longitud de la tubería = m - Celeridad = 1.201,37 m/seg Cálculo en tiempos de parada de bombas. El tiempo de parada del agua es mayor que la frecuencia (o periodo) de propagación de la onda, o que la longitud de la instalación es menor que la longitud crítica. Para este caso la fórmula que se aplica para calcular el golpe de ariete y obtener el incremento de presión producido es la propuesta por Michaud. En este caso, la presión máxima se dará única y exclusivamente en el ámbito del elemento que ha generado el golpe de ariete (en la válvula de cierre o en la válvula antiretorno del bombeo), y en ningún punto más de toda la longitud de la instalación se dará esa presión máxima. T p = C + [ ( K x L x v) / ( g x H m ) ] = 1 + [ ( 1 x x 0,781) / ( 9.8 x 89 ) ] = 15,2 segundos Por lo que la parada de la bomba es un cierre rápido. T= [(2 x L) / a] = [(2 x ) / 1.201,37]= 26 segundos Cálculo en tiempos de parada o maniobras de cierra rápidos En aquellos casos en los que el tiempo de parada del agua es menor que el periodo de propagación de la onda, o que su longitud es mayor que la longitud crítica. En esta circunstancia aplicará la fórmula de Allievi para valorar el incremento de presión. Aquí la presión máxima se dará en algún punto a lo largo de la conducción que quede fuera del tramo de la instalación incluida en la longitud crítica. AH= ±[ (a x v) / g] = ±[ (1.201,37 x 0,781) / 9,8] = 95,74 m. Con los datos anteriores, una vez introducidos en el software Allievi de la Universidad Politécnica de Valencia, comprobamos que con un calderín de Litros, evitamos que se produzca el golpe de ariete. 3.BOMBAS En la actualidad las bombas más usadas en bombeos en el medio rural de estas características son las bombas centrífugas verticales de alta presión de aspiración normal y conectadas en paralelo. Éstas, son equipos que tienen el eje de transmisión de la bomba en forma vertical. Tienen la ventaja de poder ser instaladas en un lugar distinto de la fuente de abastecimiento, lo cual permite ubicarlas en lugares secos, protegidos de inundaciones, ventilados, de fácil acceso, etc. Su bajo costo de operación y mantenimiento es una ventaja adicional. - Velocidad de circulación del agua = 0,781 m/seg. 6

7 Hi Altura de impulsión (m). Hg Altura geométrica (m). Como hemos impuesto una altura mínima de depósito de un metro de forma permanente, nos aseguramos que se impide la succión de aire, y teniendo en cuenta que el NPSHr que dan los fabricantes suele ser de un valor comprendido entre 3 y 6, podemos concluir que con dicha colocación de la bomba no se producirán problemas de cavitación pues NPSH d> NPSH r NPSH d = H Atm + H vapor Hs ΔHs= = 6.66 La entrada/salida de la conducción en los depósitos se realiza de la siguiente forma: - Entrada al Depósito del Bombeo: Debido a que los depósitos se encuentran cerrados con cubierta, la solución adoptada es que la tubería suba pegada a la pared y a través de una perforación arriba entre en el depósito. - Salida del Depósito del Bombeo: una tubería en carga sale del depósito a través de una perforación que enlaza con la bomba y ya ésta enlaza con la tubería de impulsión. 3.1 CALCULO Hb = Hg + ΔH total + Hi= =89 m. Qb= 88 m3/h Figura 19- Fotografía Bombas Seleccionada La clasificación de este tipo de bombas se realiza según la posición del eje de la bomba con respecto al nivel del agua, en bombas de succión positiva y bombas de succión negativa. Si la posición del eje está sobre la superficie del agua, la succión es positiva y en la situación inversa la succión es negativa. La mayor desventaja que presentan estas bombas superficiales es la limitación en la carga de succión, ya que el valor máximo teórico que alcanza es el de la presión atmosférica del lugar (10,33 m. a la altura del mar),sin embargo, cuando la altura de succión es de 7 metros la bomba ya muestra deficiencias de funcionamiento por la cavitación. La bomba la colocamos al nivel de la solera del depósito, así se evitan los problemas de cavitación, y la altura manométrica sería la suma de la altura de impulsión (desde la solera de un depósito hasta la altura a la que queramos llegar) más las pérdidas, pues la altura de succión es nula. Hb Altura dinámica o de bombeo (m). ΔH Pérdidas de carga totales (m). Hb = Hg + ΔH total + Hi Para la selección de la bomba hemos utilizado el software de selección Wilo, donde introduciendo el tipo de bomba y los datos anteriores del punto de diseño nos da una selección de posibles bombas, entre ellas, la que tiene mayor rendimiento es la que mostramos a continuación: Datos de funcionamiento Fluido: Agua 100 % Caudal: 88,00 m³/h Altura de impulsión: 89,00 m Temperatura del fluido: 10 C Temperatura mín. del fluido: -15 C Temperatura máx. del fluido: 120 C Presión máxima de trabajo: 25 bar Presión de entrada máx.: 10 bar Temperatura ambiente máx.: 40 C Motor/componentes electrónicos Alimentación eléctrica: 3~400V/50 Hz 7

8 Potencia nominal P2: 45 kw Velocidad nominal: /min Intensidad nominal (aprox.): 79,1 A Rendimiento del motor η m 50% : 92,2 % Rendimiento del motor η m 100% : 94,0 % Factor de potencia: 0,87 Tipo de protección: IP 55 Clase de aislamiento: F La curva de la bomba es la siguiente: Medidas de acoplamiento Conexión aspiración: DN 100 Conexión impulsión: DN 100 Información de pedido Peso aprox.: 369 kg. Marca: Wilo o similar. Tipo: MVI /25/E/ o similar. Las dimensiones son las siguientes: Figura 21- Diagrama Característico Bomba Seleccionada 4.DIMENSIONAMIENTO DEL VASO DEL BOMBEO Los datos de base para la definición del pozo son el caudal y la frecuencia de arranque de las bombas. Para evitar la sobrecarga térmica de los motores, los grupos no se deben arrancar demasiado a menudo dentro de un intervalo de tiempo. Los valores aproximados para el número máximo de arranques por hora Z, dependen de la potencia del motor. En nuestro caso Z= Arranque/h, puesto que en 24 horas arrancamos dos veces. Como la selección de las bombas está orientada a funcionar en el caudal de máximo rendimiento y éste está sujeto a oscilaciones a lo largo del día, se debe disponer de un pozo de bombeo de volumen de almacenamiento (volumen útil) para evitar el arranque o parada demasiado frecuente de las bombas. El volumen útil necesario para una bomba se calcula por la fórmula siguiente: En nuestro caso redondearemos a 300 m3 0.9 xq( l / s) 0.9x24.44 V ( m3) 265m3 Z Establecemos una altura de 3 metros, por lo que la superficie sería de 100 m2, de 10 x 10 metros. Las dimensiones de este vaso quedaría de 10 x 10 x 3metros. Figura 20- Dimensiones de la Bomba Wilo Seleccionada 4.VENTOSAS Las ventosas son dispositivos mecánicos sencillos, imprescindibles en todo tipo de redes de distribución de agua, cuya misión es asegurar el correcto funcionamiento de las tuberías, regulando la cantidad de aire libre que existe en el interior de las mismas. 8

9 El aire en las conducciones puede producirse por: - El aire interior a las conducciones, antes de la puesta en servicio. - El procedente de una estación de bombeo por aireación o por formación de vórtices en la aspiración. - El introducido en un depósito con nivel de agua bajo. - El que penetra a través de un aductor en caso de depresión en la conducción. - El debido al fenómeno de desaireación del agua en fuertes pendientes del perfil de la conducción, o bien al cambio de sección o dirección de la conducción. Las ventosas pueden ser: -Bifuncionales Expulsión o admisión de grandes cantidades de airedurante el llenado o vaciado de la conducción, respectivamente, así como en roturas de la conducción o por los transitorios derivados de paradas de bombas, cierres de válvulas, -Trifuncionales Combina la función de purgadores (expulsión continua de pequeñas bolsas de aire que se acumulan en los puntos altos durante la explotación normal) y de las ventosas bifuncionales. La colocación de las ventosas se realizan según los siguientes criterios: -También se deben instalar ventosas en ciertos puntos singulares como sifones, aspiraciones de bombas de eje horizontal, ya mencionados, así como en aquellos puntos donde puede ser interesante aminorar los efectos de la cavitación o para evitar las depresiones producidas por golpes de ariete. 4.1 CALCULO Para el cálculo existen formulaciones, gráficas y tablas. Haremos uso de la gráfica facilitada por el Boletín Técnico: Ventosas para sistemas de Abastecimiento de Agua Admisión de Aire Las ventosas deben de estar dimensionadas para proteger la tubería del vacío que puede ser causado por la rotura de la tubería ó por un paro de bomba repentino causado por separación de columnas. La colocación de las ventosas en el sistema de tuberías deben de estar guiada por las siguientes recomendaciones: - Puntos geométricos altos: Para dimensionar una ventosa, el máximo caudal en el punto alto debe de estar determinado utilizando la siguiente fórmula, la cual es válida en caso de estado absolutamente turbulento: -En los picos y cambios de pendiente respecto al gradiente hidráulico deben instalarse ventosas trifuncionales o purgadores. -Se debe instalar una ventosa donde la tubería sube por encima del nivel del suelo, como en el caso de instalación de válvulas. Si la tubería, aguas abajo de la válvula asciende, con un purgador será suficiente, en el caso que descienda se necesitará una trifuncional para garantizar el correcto drenaje de la tubería. -Con el fin de evacuar el aire que entra en el sistema debido a las bombas, se debe instalar una ventosa de gran orificio a la salida de los grupos de bombeo, antes de la válvula de retención A fin de evitar la influencia negativa del aire sobre la exactitud de los elementos de medida y para evitar daños mecánicos, se recomienda instalar una ventosa trifuncional antes del aparato. Q (expresado en m3/seg.) i = pendiente expresada en mm/m D = Diámetro expresado en m. β = Coeficiente de resistencia del tubo Q = i x D 5 /β -Se deben instalar purgadores inmediatamente detrás de válvulas reductoras y estrechamientos en la tubería para evacuar el aire que se libera al bajar la presión. -En los sistemas de filtrado el aire se acumula en las partes altas de los colectores, para evacuarlos se necesita una ventosa trifuncional. -En grandes ramales de pendiente uniforme, ascendiendo, descendiendo o paralelo al gradiente hidráulico, se recomienda instalar ventosas trifuncionales cada 500 a 1000 metros. Si a ambos extremos de este tramo se han instalado purgadores, solo se requerirán ventosas de gran orificio dentro del mismo. Para la selección del DN de la ventosa sugerimos evaluar las curvas de caudal y elegir un diámetro que garantice una condición de vacío por debajo de 0.30 bar dentro del conducto. Cuando se realice la elección, hay que considerar que la alta velocidad del aire entrando en ventosas tradicionales de doble función causa una depresión debajo del orificio principal llamado Efecto Venturi el cual atrae la bola hacia arriba causando una reducción de la sección de paso y, por tanto, una reducción del caudal de toma de aire. La tabla nos facilita la consulta ya que los caudales resultantes han sido trazados para cada DN con descarga libre y a unas pendientes determinadas. 9

10 - Tramos largos horizontales: Los tramos horizontales de largo recorrido deben de ser evitadas tanto como sea posible, si no es posible, se sugiere colocar una ventosa cada m y dimensionarla de acuerdo al cálculo del llenado del conducto. Lo ideal es tener una pendiente de 2/3 de mm/m para facilitar movimientos de aire que tienden a llegar a los puntos más elevados. - Estación de Bombeo Aguas debajo de la válvula de retención: El caudal de la ventosa debe de ser equivalente a la capacidad de la bomba. Si la bomba parara de repente causando separación de columna, las ventosas convencionales en este punto no son capaces de controlar la descarga de aire cuando los dos frentes comienzan a unirse causando así el golpe de ariete. Las válvulas anti golpe de ariete son utilizadas para prevenir este fenómeno. Figura 22- Gráfico para Selección de Ventosa En base a ésta, para un diámetro de la conducción de 200 mm y una pendiente media de 3 mm/m necesitaríamos una ventosa de DN 25 mm. aproximadamente. Según la Guía Técnica del CEDEX para una conducción de unos 200 mm. la ventosa recomendada es de DN 60 mm, por lo que por motivos de seguridad erigiremos esta ventosa. - Cambios de pendiente negativos: Se definen como el incremento del tramo de pendiente descendiente ó la disminución del tramo de pendiente ascendiente. En caso de paro de bomba ó rotura del sistema de tubería se crea una cavidad gaseosa igual a la diferencia de caudal entre ambas pendientes. Esta cavidad gaseosa de caudal de aire Qc a evacuar se determina por la ecuación Qc = Q2-Q1, donde Q2 indica el caudal en el punto más elevado de la pendiente y Q1 indica el caudal en el punto más plano de la pendiente. - Tramos de largo ascenso: Si el segmento ascendiente es largo, una ventosa debe de colocarse en lo alto de la sección y en cada 500 m. para garantizar la salida y entrada de aire durante el llenado de tubería y operaciones de vaciado. Los cálculos deben siempre de estar basados en condiciones de rotura de tubería ó paro de bomba. - Tramos de largo descenso: Las consideraciones para la selección y la instalación son idénticas a las de los segmentos de ascenso del punto anterior Salida de aire Las reglas analizadas para la elección de la ventosa en el caso de toma de aire son también válidas para este caso. Hay que considerar también que las válvulas convencionales de doble función se cierran prematuramente descargando aire a una presión diferencial máxima a través del orificio principal mayor de 0.05 bar debido al fenómeno de cierre dinámico. Las ventosas de triple efecto pueden, en cambio, descargar aire a alta velocidad Descarga de aire La descarga de aire de cada ventosa depende de la existencia de una relación crítica entre el área de entrada y el volumen del flotador. Bajo presión, el aire y el agua desarrollan dentro de las ventosas presiones opuestas y equivalentes que eliminan una a la otra excepto aquella sección en contacto con el orificio de salida que está sujeto a presión atmosférica y no puede compensar el empuje vertical desde abajo del flotador. El flotador esta así expuesto a una fuerza F = AxP, donde: A = área de entrada P =Presión de trabajo. Si la fuerza resultante excede el peso del flotador, se aplastaría contra la entrada no permitiendo la descarga de aire. Por esta razón una misma ventosa diseñada a PN 10 puede tener una mayor orificio de entrada que otra a PN 25. Es difícil determinar de antemano la cantidad de aire atrapado que puede ser liberado de un sistema y el dimensionado de la ventosa es una decisión muchas veces basada en la experiencia. La entrada de la ventosa, en cualquier caso, debe de ser lo más amplia posible para maximizar el intercambio de aire y agua en ella. 5. DESAGÜE Permiten vaciar tramos de tubería, una vez aislados por válvulas, por ello se sitúan en los puntos bajos de la red. Además, en los procesos de desinfección de la red, bien en la puesta en marcha y posteriormente en el mantenimiento o reparaciones de conducciones, es necesario desaguar por estos puntos el agua clorada, por ello se sitúan en los puntos bajos de la red. Además, en los procesos de 10

11 desinfección de la red, bien en la puesta en marcha y posteriormente en el mantenimiento o reparaciones de conducciones, es necesario desaguar por esto puntos el agua clorada. Mediante la apertura de una válvula en puntos bajos de la red se permite el desagüe situada. Su instalación debe hacerse de forma que sean accesibles, colocándolos en pozos o arqueta que debe tener drenaje, a veces se les conecta con las redes de saneamiento a través de los pozos de registro, en esto casos debe instalarse además una válvula antiretorno. 5.1 CALCULO El caudal evacuado por un desagüe viene determinado por la siguiente expresión: Qa (l/s) = K S 2 g dh= = 148 l/s Con: K = Coeficiente contracción (0,65-0,80). S = Sección del desagüe en dm 2. dh = Desnivel entre el punto alto y el punto bajo adyacente (vaciado controlado), o más bajo (vaciado sin control) que puede influir en el desagüe, en dm. La aducción de aire en una tubería debe hacerse con la mayor rapidez posible (efecto antagonista, como indicamos, a la purga de aire), lo que requiere grandes superficies de entrada de aire a través de equipos adecuados. Cuando el vaciado es controlado y los desniveles moderados, en la mayoría de los casos, es suficiente un aductor de una ventosa trifuncional, ya que a través de su orificio de gran diámetro va a permitir la aducción de aire. La relación de los diámetros nominales de las ventosas y la capacidad de aducción se refleja en la siguiente tabla: DN (mm.) Caudal (l/seg.) Tabla 14- Características de los Desagües, caudales de Salida Por tanto para un desagüe de 80 mm, el caudal evacuado se encuentra entre los l/s (para un desnivel entre 2 y 6 metros) por lo que la ventosa idónea habrá de ser de diámetro 80. Según la Guía Técnica del CEDEX para una conducción de unos 200 mm. el desagüe recomendado es de DN 80 mm, por lo que por motivos de seguridad elegiremos este desagüe. 6. VALVULAS DE SECCIONAMIENTO 6.1 MARIPOSA Según la Guía Técnica sobre tuberías para el transporte de agua a presión: Se deben instalar válvulas de paso delante de las ventosas. Igualmente, es una práctica recomendable la instalación de válvulas de paso para aislar tramos de tubería. Las longitudes usuales de los tramos de tuberías a aislar mediante válvulas de paso son de unos 1000 a 5000 metros en las grandes tuberías de transporte. En nuestro caso vamos a establecer una distancia máxima de 5 km, por lo que necesitaremos tres válvulas de mariposa. Según el CEDEX para un diámetro de unos 300 mm. las válvulas que mejor trabajan son las de mariposa. Las válvulas de mariposa deben cumplir con los requisitos de funcionamiento que figuran en la norma UNE-EN :2000. En el caso de emplear materiales metálicos, además deben ser conforme a lo especificado por la norma UNE-EN 593:1998. Están constituidas, básicamente, por un cuerpo, un obturador circular (lenteja o mariposa) y un mecanismo de maniobra. El obturador, que puede ser hueco o macizo, debe ser tal que las perturbaciones que produzca en el flujo del agua sean mínimas. Se recomienda que siempre dispongan de un indicador de posición del obturador que permita, en todo momento, conocer la situación del mismo. Las válvulas deben instalarse en arquetas, registros o cámaras con el eje o semiejes en posición horizontal. La unión de las válvulas se realiza, habitualmente, mediante bridas o con tornillos pasantes (unión tipo Wafer o Sandwich). En el caso de unión con bridas, ésta se efectúa por lo general intercalando un carrete de anclaje por un lado y un carrete de desmontaje por el otro. El cuerpo de las válvulas debe ser, en general, de fundición dúctil y la lenteja se recomienda que sea de acero inoxidable y los cojinetes sobre los que gira el eje, de bronce o teflón sobre base de bronce COMPUERTA Las válvulas de compuerta están constituidas básicamente por un cuerpo, tapa, obturador, husillo o vástago y mecanismo de maniobra. El diseño de las válvulas de compuerta debe ser tal que sea posible desmontar y retirar el obturador sin necesidad de separar el cuerpo de la válvula de la tubería. Así mismo, debe ser posible sustituir o reparar los elementos de estanquidad del mecanismo de maniobra, estando la conducción en servicio, sin necesidad de desmontar la válvula ni el obturador. La parte inferior del interior del cuerpo, en general, no debe tener acanaladuras, de forma que una vez abierta la válvula no haya obstáculo alguno en la sección de paso del agua, ni huecos donde puedan depositarse sólidos arrastrados por el agua. La sección de paso debe ser como mínimo el 90% de la correspondiente al DN de la válvula, debiendo mantenerse en la reducción de sección perfiles circulares sin que existan aristas o resaltos. Las válvulas de compuerta deben cumplir con los requisitos de funcionamiento que figuran la norma UNE-EN :2000. La unión de las válvulas se realiza de forma similar a las válvulas de mariposa. En este caso el eje se coloca verticalmente y los pernos o tornillos que unan las distintas partes del cuerpo se recomienda sean de fundición dúctil y las uniones de estanquidad eje-tapa y tapa-cuerpo de material elastómero. Los carretes de desmontaje permiten variar su longitud apretando más o menos los tornillos de que 11

12 están dotados, de manera que cuando se sustituye una válvula por otra de longitud diferente, el carrete permite acomodar la conducción a la nueva situación. Como el diámetro de la conducción es 200 mm. aproximadamente, elegimos válvulas de fundición dúctil y el obturador imponemos que sea de acero inoxidable. La fundición puede estar recubierta por un elastómero, garantizándose la estanquidad mediante compresión del mismo contra el interior del cuerpo. El husillo y el mecanismo de maniobra, por su parte, deben ser de acero inoxidable, y la tuerca donde gira éste de bronce, latón o cobre de alta resistencia VÁLVULAS ANTIRRETORNO Las válvulas antirretorno están constituidas, básicamente, por un cuerpo y un elemento de cierre (clapeta) unido a éste mediante un eje de giro o de traslación. Estas válvulas admiten diferentes diseños. Estas válvulas deben cumplir con los requisitos de funcionamiento que figuran en la norma UNE-EN :2000. El cuerpo de la válvula debe estar dotado de una tapa sujeta con tornillos que permita la sustitución de la clapeta o la reparación de los cojinetes. El eje de giro puede estar situado en la periferia de la clapeta o atravesar ésta. Si el tamaño de la válvula u otras características así lo aconsejan, la válvula debe estar dotada de contrapeso exterior que podrá estar acompañado de amortiguadores. En general, la unión de las válvulas a la tubería se realiza mediante bridas y el material utilizado es similar a las anteriores, de fundición dúctil, con clapeta en acero inoxidable. 12

13 ANEJO IV APÉNDICE 1: CALCULOS HIDRAULICOS 13

14 INDICE 1.TABLA PRESIONES DISPONIBLE

15 1.TABLA PRESIONES DISPONIBLE Q (l/seg) Horas Bombeo 13 PK (m.) Cota Terreno (m.) Cota Condución (m.) Profundidad (m.) Diámetro (mm.) Rugosidad Absoluta (m.) Velocidad max. (m/s) Velocidad Real (m/s) J Unitaria (m.c.a) Distribuidas J x L (m.c.a) k Localizadas Ah (m) Ah (m) Tramo Altura i (m.c.a) Presión Disponible i (m.c.a) Altura j (m.c.a) Presión Disponible j (m.c.a) Altura P+Terreno (m) 15

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18 Altura Depósito Pabellón deportivo 88 m. 18